C8051F12X存儲(chǔ)大量常量代碼的編譯技巧

Silicon Lahoratories公司的C8051F12X是與8051兼容，采用高速流水線工作方式，70％指令的執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的高速集成混合信號(hào)SoC微控制器。片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在片／在系統(tǒng)調(diào)試，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察點(diǎn)、堆棧監(jiān)視器，可以觀察／修改存儲(chǔ)器和寄存器；使用內(nèi)部集成PLL，時(shí)速度可達(dá)100MIPS或50MIPS；對(duì)于需要大量常量代碼而又不想外擴(kuò)ROM的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，128KB的Flash是個(gè)很好的選擇。

1 處理大量常量代碼面臨的困難
    通常帶中文液晶顯示的系統(tǒng)采用的是不帶中文字庫(kù)的圖形液晶顯示模塊，需要給點(diǎn)陣字庫(kù)分配存儲(chǔ)空間。常用的是16×16點(diǎn)陣字庫(kù)，每個(gè)漢字占用32字節(jié)存儲(chǔ)空間，64KB空間可存儲(chǔ)2048個(gè)漢字。標(biāo)準(zhǔn)51MCU只能直接訪問(wèn)64KB程序空間，采用BANK技術(shù)可擴(kuò)展空間，但處理編譯復(fù)雜，且需要額外I／O口線作BANK選擇控制。有的系統(tǒng)是將字庫(kù)單獨(dú)燒寫(xiě)到外部Flash中，而硬件接法上使用數(shù)據(jù)空間地址，但標(biāo)準(zhǔn)51 MCU數(shù)據(jù)空間也只有64KB，不進(jìn)行分頁(yè)外擴(kuò)同樣不能實(shí)現(xiàn)2048字以上的漢字存儲(chǔ)。此外，程序運(yùn)行也需要數(shù)據(jù)空間，實(shí)際字庫(kù)容量更小。C805lFl2X具有完善的片上外設(shè)資源，8KB的片上RAM。特別是128KB的Flash資源，不必外擴(kuò)存儲(chǔ)器即可實(shí)現(xiàn)帶較大容量的中文液晶顯示字庫(kù)的完整系統(tǒng)。
    KEIL C5l是目前最流行的51系列MCU編譯器。
如果程序代碼與字庫(kù)常量代碼總和不超過(guò)64 KB，則可在KEIL UV2的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，通過(guò)安裝Silicon Laboratories公司的驅(qū)動(dòng)程序直接對(duì)C805lFl2X進(jìn)行編譯，并通過(guò)JTAG調(diào)試仿真器實(shí)現(xiàn)不占用戶資源的實(shí)時(shí)／斷點(diǎn)調(diào)試。但當(dāng)程序代碼與字庫(kù)常量代碼總和超過(guò)64 KB時(shí)，在KEIL UV2下，只能采用BANK編譯技術(shù)。常量默認(rèn)設(shè)置是分配到低32 KB的COMMON區(qū)，而COMMON區(qū)還要存放中斷處理等代碼，因此如果想將點(diǎn)陣字庫(kù)常量分配到指定的BANK，還需要采取其他方法。

2 處理大量常量代碼的思路與實(shí)現(xiàn)
    如果C8051F12X需要下載的程序代碼與字庫(kù)常量代碼總和超過(guò)64 KB，則可使用Silicon Laboratories公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在此IDE中，C805lFl2X的Flash編程是分4個(gè)BANK進(jìn)行的，每個(gè)BANK對(duì)應(yīng)一個(gè)HEX格式的代碼文件。根據(jù)這樣的特點(diǎn)，可以繞開(kāi)KEIL C5l編譯器，直接把點(diǎn)陣字庫(kù)或其他常量表格處理為標(biāo)準(zhǔn)HEX格式文件，從而實(shí)現(xiàn)常量代碼在任意BANK的存放。
    假設(shè)一個(gè)點(diǎn)陣字庫(kù)含3200個(gè)常用漢字，需要分配32×3200=102 400字節(jié)空間。設(shè)計(jì)上可以這樣分配空間：BANKl及BANK2全部使用，各32 768字節(jié)，共可以存放2048個(gè)漢字的點(diǎn)陣。由于C805lFl2X最后1026字節(jié)為系統(tǒng)保留空間，所以BANK3分配990個(gè)漢字的點(diǎn)陣，占990×32=3l680字節(jié)，還剩162個(gè)漢字的點(diǎn)陣，需5184字節(jié)，分配到COMMON(BANKO)的最高端。BANKl～BANK3的起始地址都是由8000H開(kāi)始的。對(duì)BANKO來(lái)說(shuō)，162個(gè)漢字的點(diǎn)陣字庫(kù)從613COH開(kāi)始存放，這也意味著留給程序的空間不能超過(guò)27584字節(jié)。如果程序較大，但不超過(guò)64KB，同時(shí)字庫(kù)不需要很大，則可分配63KB為字庫(kù)，64 KB為程序(若程序用不完64 KB，則多余空間也可分配給字庫(kù)，以擴(kuò)大字庫(kù)容量)。生成點(diǎn)陣字庫(kù)的HEX文件，可采用ASM的DB定義方法、C51的數(shù)組定義方法或者自己編寫(xiě)運(yùn)行于PC的程序的方法。前兩種方式還需要經(jīng)KEIL編譯，但可靈活選擇所需的漢字。從編譯方面看，ASM的DB定義方式不需要額外設(shè)置編譯參數(shù)，比C51的數(shù)組定義方法要好。通常字模軟件都有ASM格式和C51格式的選擇，可以利用其ASM格式輸出，按上述空間分配原則，分別對(duì)每個(gè)BANK做對(duì)應(yīng)的HEX文件。下面舉例說(shuō)明。假設(shè)使用4個(gè)ASM文件，每個(gè)都是64字節(jié)。B0．ASM內(nèi)容是00H～3FH，存放于BANK0從7FC0H開(kāi)始的空間；B1．ASM內(nèi)容是40H～7FH，B2．ASM內(nèi)容是80H～CFH，B3．ASM內(nèi)容是DOH～FFH，BANKl～BANK3均存放于各自BANK從8000H開(kāi)始的空間，物理上分別位于C8051F12X的8000H、10000H、18000H開(kāi)始的區(qū)域。B0．ASM中的內(nèi)容為：
    ORG 7FCOH
    DB 000H．001H，002H，003H+004H，005H，006H，007H
    DB 008H，009H，OOAH，00BH，OOCH，OODH，00EH，00FH
    DB 010H，011H，012H，013H，014H，015H，016H，017H
    DB 018H，019H，01AH，0lBH，01CH，01DH，01EH，0lFH
    DB 020H，021H，022H，023H，024H，025H，026H，027H
    DB 028H，029H，02AH，02BH，02CH，02DH，02EH，02FH
    DB 030H，03lH，032H，033H，034H，035H，036H，037H
    DB 038H，039H，03AH，03BH，03CH，03DH，03EH，03FH
    END；
    其他3個(gè)ASM文件格式一樣，但ORG全部改為8000H，內(nèi)容也相應(yīng)替換。

3 生成HEX文件方法
    啟動(dòng)UV2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，新建一項(xiàng)目，由于現(xiàn)在儀為4個(gè)ASM的常量代碼表編譯HEX文件，器件可選包含32 KB以上ROM的任意一型號(hào)的51MCU。考慮到以后實(shí)際使用C8051F12X，可以直接選擇C8051F12X。不必配置Code Banking的選項(xiàng)，在Output選項(xiàng)卡的CreateHEX File選項(xiàng)上配置．以創(chuàng)建HEX文件；同時(shí)，注意每次修改ASM都修改Name of Executable右邊的文件名，以免后續(xù)HEX文件覆蓋前次結(jié)果，如圖1所示。

    分別將4個(gè)ASM文件加入項(xiàng)目中。每次只加入一個(gè)ASM文件，然后編譯生成HEX文件，改換HEX文件名后移走原ASM文件，再加入新的ASM文件。這樣就完成了4個(gè)HEX文件，設(shè)為B0．HEX～B3．HEX。
    在C8051F12X目標(biāo)板系統(tǒng)連接好JTAG調(diào)試器并正確配置后，啟動(dòng)Silicon Laboratories的IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，打開(kāi)Debug菜單，選擇Connect菜單項(xiàng)，以連接目標(biāo)器件與IDE；然后選擇該菜單下的Download Object File…，彈出Download對(duì)話框，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置；最后單擊Download按鈕，完成4個(gè)BANK的相關(guān)HEX文件下載。4個(gè)BANK的參數(shù)配置如圖2所示。
    KEIL UV2及Silicon Laboratories IDE只處理HEX描述的空間，其他空間維持原態(tài)，所以可以預(yù)先把基本不再修改的常量代碼表下載到C8051F12X內(nèi)，之后只須單獨(dú)處理程序代碼，但要保證程序代碼空間不超越預(yù)先分配給常量代碼的空間。在KEIL UV2的配置對(duì)話框中可以限制編譯后的空間大小，如果源代碼編譯越界，則有錯(cuò)誤提示，且不能創(chuàng)建相應(yīng)的HEX文件，這有助于防止沖壞常量代碼。
    打開(kāi)原來(lái)的UV2項(xiàng)目文件，移出常量代碼表ASM文件，加入程序文件(C文件或ASM文件)，編譯通過(guò)后就可直接調(diào)試，并可訪問(wèn)先前下載過(guò)的常量代碼表數(shù)據(jù)。由圖3可知，KEILUV2下顯示的4個(gè)BANK內(nèi)容確實(shí)為通過(guò)Silicon Laboratories IDE下載的相關(guān)HEX文件數(shù)據(jù)。

    如果程序代碼比較大，但只要不超過(guò)64KB，那么就可直接按非BANK方式編譯。留給常量代碼的空間相應(yīng)要減少，可以使用BANK2和BANK3；BANKl中能用的常量代碼空間取決于程序代碼大小，地址必須高于程序代碼最后字節(jié)地址。下面以C8051F126讀取含32字節(jié)的數(shù)據(jù)塊函數(shù)為例，代碼如下：

   

   
    大量常量代碼不局限于字庫(kù)應(yīng)用。作者開(kāi)發(fā)的UHF段RFID系統(tǒng)，需要使用較多的C805lFl26的自帶外設(shè)。其他51核MCU不加外擴(kuò)無(wú)法滿足要求，故選用由C8051F126為管理控制器，F(xiàn)PGA為信號(hào)處理器。其中，C8051F126內(nèi)程序量只有18 KB，F(xiàn)PGA的固件有98 KB。為充分利用C8051F126，將FPGA的BIN數(shù)據(jù)存放到C805lFl26的4個(gè)BANK中，F(xiàn)PGA綜合軟件生成的文件是BIN方式的文件，所以我們自行設(shè)計(jì)了一套運(yùn)行于PC的轉(zhuǎn)換程序，輸入FPGA的固件BIN文件后，自動(dòng)按照配置的地址空間生成4個(gè)HEX文件，然后利用Silicon La-boratones IDE將這4個(gè)文件下載到C8051F126中。程序的函數(shù)從Flash中讀取代碼后配置FPGA。

結(jié)語(yǔ)
    通過(guò)繞開(kāi)KEIL C51對(duì)常量代碼分配在COMMON區(qū)的限制，將常量代碼分配到任意BANK的方法，解決了一些需要存儲(chǔ)大量常量代碼的固件程序員使用KEIL C51無(wú)法編譯通過(guò)的問(wèn)題。為許多帶有中文液晶顯示功能的系統(tǒng)提供了較好的設(shè)計(jì)參考思路。